145

作为对名为“MSIL 和 Java 字节码之间的差异”的问题的一种跟进？，Java虚拟机的工作方式与Java虚拟机的工作方式有什么（主要）差异或相似之处.NET 框架公共语言运行时 (CLR) 有效吗？

另外，是.NET 框架CLR 是“虚拟机”还是不具备虚拟机的属性？

4

5 回答 5

285

两种实现之间有很多相似之处（在我看来：是的，它们都是“虚拟机”）。

一方面，它们都是基于堆栈的虚拟机，没有我们习惯于在 x86 或 PowerPC 等现代 CPU 中看到的“寄存器”概念。所有表达式 ((1 + 1) / 2) 的求值是通过将操作数压入“堆栈”，然后在指令（加法、除法等）需要使用这些操作数时将这些操作数从堆栈中弹出来执行的。每条指令将其结果推回堆栈。

这是实现虚拟机的一种便捷方式，因为世界上几乎每个 CPU 都有一个堆栈，但寄存器的数量通常不同（有些寄存器是专用的，每条指令都希望它的操作数在不同的寄存器中，等等）。

因此，如果您要为抽象机器建模，纯粹基于堆栈的模型是一个不错的选择。

当然，真正的机器不会那样操作。因此，JIT 编译器负责执行字节码操作的“注册”，本质上是调度实际的 CPU 寄存器以尽可能包含操作数和结果。

所以，我认为这是 CLR 和 JVM 之间最大的共同点之一。

至于差异...

这两种实现之间的一个有趣的区别是 CLR 包含用于创建泛型类型的指令，然后用于将参数特化应用于这些类型。因此，在运行时，CLR 将 List<int> 视为与 List<String> 完全不同的类型。

在幕后，它对所有引用类型特化使用相同的 MSIL（因此 List<String> 使用与 List<Object> 相同的实现，在 API 边界具有不同的类型转换），但每个值类型使用它自己独特的实现（List<int> 生成与 List<double> 完全不同的代码）。

在 Java 中，泛型类型纯粹是一种编译器技巧。JVM 不知道哪些类具有类型参数，并且它无法在运行时执行参数化专门化。

从实际的角度来看，这意味着您不能在泛型类型上重载 Java 方法。不能有两个不同的方法，名称相同，区别仅在于它们接受 List<String> 还是 List<Date>。当然，由于 CLR 知道参数类型，它在处理泛型类型特化上重载的方法时没有问题。

在日常的基础上，这是我最注意到 CLR 和 JVM 之间的区别。

其他重要区别包括：

  • CLR 具有闭包（作为 C# 委托实现）。JVM 仅在 Java 8 之后才支持闭包。

  • CLR 具有协程（使用 C# 'yield' 关键字实现）。JVM 没有。

  • CLR 允许用户代码定义新的值类型（结构），而 JVM 提供固定的值类型集合（byte、short、int、long、float、double、char、boolean）并且只允许用户定义新的引用——类型（类）。

  • CLR 支持声明和操作指针。这特别有趣，因为 JVM 和 CLR 都采用严格的分代压缩垃圾收集器实现作为它们的内存管理策略。在一般情况下，严格压缩 GC 很难处理指针，因为当您将一个值从一个内存位置移动到另一个内存位置时，所有指针（以及指向指针的指针）都变得无效。但是 CLR 提供了一种“固定”机制，以便开发人员可以声明一个不允许 CLR 在其中移动某些指针的代码块。这很方便。

  • JVM 中最大的代码单元是“包”，如“受保护”关键字所证明的，或者可以说是 JAR（即 Java ARchive），如能够在类路径中指定 jar 并将其视为文件夹所证明的那样的代码。在 CLR 中，类被聚合成“程序集”，CLR 为推理和操作程序集（加载到“AppDomains”中，为内存分配和代码执行提供子应用程序级沙箱）提供逻辑。

  • CLR 字节码格式（由 MSIL 指令和元数据组成）的指令类型比 JVM 少。在 JVM 中，每个唯一操作（添加两个 int 值、添加两个 float 值等）都有自己唯一的指令。在 CLR 中，所有 MSIL 指令都是多态的（添加两个值），JIT 编译器负责确定操作数的类型并创建适当的机器代码。不过，我不知道哪个是最好的策略。两者都有取舍。对于 JVM，HotSpot JIT 编译器可以使用更简单的代码生成机制（它不需要确定操作数类型，因为它们已经在指令中编码），但这意味着它需要更复杂的字节码格式，具有更多指令类型。

我已经使用 Java（并且欣赏 JVM）大约十年了。

但是，在我看来，CLR 现在几乎在所有方面都是出色的实现。

于 2009-01-26T16:21:50.357 回答
25

您的第一个问题是将 JVM 与 .NET Framework 进行比较——我假设您实际上是想与 CLR 进行比较。如果是这样，我想你可以写一本关于这个的小书（编辑：看起来 Benji 已经有了:-)

一个重要的区别是 CLR 被设计为一种语言中立的体系结构，这与 JVM 不同。

另一个重要的区别是 CLR 专门设计用于允许与本机代码的高级互操作性。这意味着当访问和修改本机内存时，CLR 必须管理可靠性和安全性，并且还必须管理基于 CLR 的数据结构和本机数据结构之间的编组。

为了回答您的第二个问题，“虚拟机”一词是硬件世界的一个较旧的术语（例如 IBM 在 1960 年代对 360 的虚拟化），它曾经表示底层机器的软件/硬件模拟以完成相同类型的VMWare 所做的事情。

CLR 通常被称为“执行引擎”。在这种情况下，这是在 x86 之上的 IL 机器的实现。这也是 JVM 所做的，尽管您可以争辩说 CLR 的多态字节码和 JVM 的类型化字节码之间存在重要区别。

所以你的第二个问题的迂腐答案是“不”。但这实际上取决于您如何定义这两个术语。

编辑： JVM 和 CLR 之间的另一个区别是 JVM（版本 6）非常不愿意将分配的内存释放回操作系统，即使它可以。

例如，假设 JVM 进程启动并最初从操作系统分配 25 MB 内存。然后，应用程序代码会尝试分配需要额外 50 MB 的空间。JVM 将从操作系统中额外分配 50 MB。一旦应用程序代码停止使用该内存，就会对其进行垃圾回收，并且 JVM 堆大小将减小。但是，JVM 只会在某些非常特殊的情况下释放分配的操作系统内存。否则，在进程生命周期的剩余时间内，该内存将保持分配状态。

另一方面，如果不再需要分配的内存，CLR 会将其释放回操作系统。在上面的示例中，一旦堆减少，CLR 就会释放内存。

于 2009-01-17T17:54:54.027 回答
11

CLR 和 JVM 都是虚拟机。

.NET Framework 和 Java 运行时环境是各自 VM 及其库的捆绑。没有库，虚拟机就毫无用处。

于 2009-01-17T17:10:15.367 回答
11

可以从各种学术和私人来源中找到有关差异的更多细节。一个很好的例子是CLR Design Choices。

一些具体的例子包括：

  • 一些低级操作数是键入的，例如“添加两个整数”，其中 CLR 使用多态操作数。（即 fadd/iadd/ladd 与只是添加）
  • 目前，JVM 进行更积极的运行时分析和优化（即 Hotspot）。CLR 当前进行 JIT 优化，但不进行运行时优化（即在运行时替换代码）。
  • CLR 不内联虚拟方法，JVM 确实...
  • 除了“原语”之外，还支持 CLR 中的值类型。
于 2009-01-27T23:06:44.703 回答
-11

它不是虚拟机，.net 框架在第一次运行时将程序集编译为本机二进制文件：

在计算中，即时编译（JIT）也称为动态翻译，是一种提高计算机程序运行时性能的技术。JIT 建立在运行时环境中的两个早期想法之上：字节码编译和动态编译。它在本机执行之前在运行时转换代码，例如将字节码转换为本机机器代码。对解释器的性能改进源于缓存翻译代码块的结果，而不是简单地在每次遇到时重新评估每一行或操作数（请参阅解释语言）。与在开发时静态编译代码相比，它还具有优势，因为如果发现这样做有利，它可以重新编译代码，并且可能能够强制执行安全保证。

一些现代运行时环境，例如 Microsoft 的 .NET Framework、大多数 Java 实现以及最近的 Actionscript 3，都依赖 JIT 编译来实现高速代码执行。

资料来源：http ://en.wikipedia.org/wiki/Just-in-time_compilation

添加.NET框架包含一个虚拟机，就像Java一样。

于 2009-01-17T17:24:01.703 回答